开头
“歼-20非常先进,如果说遗憾的话,它最先进的隐身技术,普通观众是看不到的!”
四年前,歼-20副总设计师王海峰在参加央视《对话》栏目,被问对歼-20还有什么遗憾,说了上面一段话。
如今,官媒正式对外宣布,中国在隐身材料研制上的重大进步。
一共披露了4种,像微金属结构隐身材料、海绵结构隐身材料、皮质结构隐身材料,还有涂层结构隐身材料。
而这些材料,或许正是歼20能够在隐身技术上,领先美国F-35一代的秘密武器。
歼20隐身技术
歼-20作为中国首款第五代重型隐形战斗机,标志着中国在航空工业上的重大进步。
所谓隐身,其实是指减少雷达散射截面积,缩短被敌方雷达发现距离,从而构建我看得见你,而你看不见我的单方面信息优势。
而为了实现隐身,歼-20也是从各个方面进行过重大优化。
比如设计上采用鸭翼布局,这种布局将传统布局战机中的水平尾翼,整合到了主翼之前。
因此,它看起来像有三个翼面,但实际上还是只有两个翼面,只是水平尾翼被并入了前方的主翼之中。
鸭翼布局的好处有很多,首先鸭翼前边高、后边低的设计,可以让雷达信号更容易被弹开、偏折,而不是直接反射回去,所以有更好的隐身效果。
其次,鸭翼向前倾斜,可以给飞行员更开阔的视野,更容易控制飞机;鸭翼翼尖向后倾,可以使飞机更稳定,减少颠簸。
更重要的是,鸭翼设计让战机有更好的机动性,可以在空中做各种高难度动作和回旋。
然而有人说,鸭翼会影响歼20的隐身能力,他们给出的理由是,鸭翼布局较难实现主要边缘的平行。
根据波束控制原理,战机主要边缘平行,才能把雷达反射波控制少数几个方向。
然而这种说法是站不住脚的,有这么几点理由。
首先鸭翼布局虽然前后两翼面不平行,但可以通过局部结构设计,来优化各部分的平行度,进而降低雷达散射截面积。
比如就机翼而言,其平面形状对超声速阻力特性的影响也是显著的。
小展弦比、大后掠角机翼的超声速阻力特性较好,但对低速最大升力特性和亚跨声速升阻特性不利。
如果采用升力体边条翼鸭式布局,则中等后掠角机翼可以保证适当的升阻特性。
在大迎角下,升力体边条翼鸭式布局飞机升力,主要集中在机身和内侧机翼上,适当降低机翼展弦比,最大升力系数不但不降低,反而有所增加。
因此,采用小展弦比机翼的升力体边条翼鸭式布局。使超音速阻力特性、低速最大升力特性和亚跨音速升阻特性的矛盾得到了统一。
其次,鸭翼的后掠角以及对准机头的设计,仍可减少正面和侧面的雷达反射面。
更重要的是,成飞确定歼-20采用鸭式布局之后,在材料上也进行相当大的创新,从而控制鸭翼对于飞机隐身影响。
比如采用了复合吸波材料,也正是央视报道中提及到的涂层隐身材料。
这种材料由两个部分组成,一种是吸波材料,用来吸收雷达电波,一种是透波刚性材料,用于载荷,它的优点是雷达电波在材料结构内部被吸收,从而降低雷达探测的反射面积。
根据央视相关测试数据,通过这种涂层,可以吸收一半雷达波束能量。
根据雷达方程推导,要使雷达探测距离减半,需要将雷达反射截面积缩小16倍,这仅通过涂层隐身材料是很难实现的。
因此,要想真正做到高水平的隐身,必须综合运用多种技术手段。
比如整体外形设计隐身、进气道、废气隐身设计、隐身挂载设计、阵面优化、涂层隐身材料应用等等。
只有多系统协同,才能最终达到减小雷达反射截面积的效果,从而提高战机的隐蔽性能。
同时,一款战机想要达到高隐身的状态,只涂一层隐身材料,那是肯定不行的,必须根据机体不同部位,涂抹各种不同的材料。
其中就有一种特殊的物质,叫做超材料隐身薄膜。
所谓超材料,是通过在微米或纳米尺度上,精心设计和构建复杂的人工微结构,使材料获得自然界不存在的特殊电磁响应功能。
这种重新排列和优化材料分子结构的方法,可以赋予材料自定义的电磁波反射、散射特性,从而实现隐身等功能。
但是超材料最大的难点,在于如何设计和制备出复杂的微米和纳米结构,并使其对电磁波产生期望的相互作用效应。
这背后,是需要深厚的材料科学基础和精湛的微纳制造技术才可以。
从央视披露的片段可以得知,其公布的微金属结构隐身材料,其实就是超材料薄膜。
这说明该技术已经被我国突破,并成功实现量产跟应用,跟美国一样,处于世界领先水平。
值得一提的是,美国计划将这种材料应用于六代机,连美国F-35战机都没有用到,然而中国这次先人一步,直接在歼-20这样的五代机上率先应用。
也就是说,这次中国妥妥的领先美国一代!
以目前主流的做法来看,想要让战机实现高隐身状态,通过结构隐身跟材料隐身混合使用,才是最佳的方案。
所谓结构隐身,是通过各种外形设计实现的,但如今已经趋近成熟,而材料隐身则是通过调整内部结构和配方组成,可以进一步优化雷达波的反射方向和强度。
然而哪种材料对隐身更好,如何搭配,如何加工,如何研制等等,这背后是一个复杂而且技术含量非常高的领域,需要多方面的科学技术支持和实验验证。
结尾
从央视公开披露出来的四种隐身材料,可以得到一个结论,那就是中国在材料突破上,一直在努力中。
所以,未来会不会出现更多的隐身装备,感觉不再是遥不可及的梦想了。
不仅仅是隐身战机、还会有隐身坦克、隐身战舰,甚至到时候,能想到的设备都可以实现隐身。
届时恐怕又会带来一次巨大的技术革命,也说不定。
所以留给美国的时间,真的不多了!
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